Cơ chế Cắt_nối_ARN

Cơ chế chung

Trong tiến hóa của sinh giới, chỉ có các loài sinh vật nhân thực mang DNA có chứa lẫn lộn êxôn và intrôn, nên mới cần cắt nối RNA, do đó chỉ các loài này mới bảo tồn thể cắt nối.[2][3] Tuy nhiên, đã phát hiện một số sinh vật nhân sơ cũng có. Do đó, một số nhà khoa học đã được đề xuất mô hình "intron muộn" và mô hình "intron sớm" (xem intron evolution - sự tiến hóa của intron).

Khác nhau về cắt nối
Nhân thựcNhân sơ
Có thể cắt nối+−
Tự cắt nối++
tRNA++
Các đoạn trong một mảnh intrôn.

Cơ chế cắt nối ở nhân thực

Sơ đổ mô tả hoạt động cắt nối RNA nhờ snRNP.

Diễn biến quá trình này rất phức tạp, nhưng có thể chia thành ba bước chính, tóm tắt như sau.

  1. Ngay sau khi được tạo thành qua phiên mã từ gen, thì bản mã phiên này (tức mRNA) mới chỉ là phân tử sơ khai hay tiền mRNA (pre-mRNA).[6] Thể cắt nối (spliceosome) gồm năm phân tử snRNP (đọc là "snurps") sẽ liên kết với đoạn intron (bước 1 ở hình 2). Các thành phần RNA của snRNP sẽ tương tác với đoạn intron này, các thành này đều có chứa nhiều GU ở vị trí nối 5' và nhiều AG tại vị trí nối 3'; nên năm phân tử snRNP này được kí hiệu U1, U2, U4, U5 và U6.[7][8]
  2. Sau đó, U1 liên kết với chuỗi GU tại vị trí nối 5 'của intron này; SF1 (splicing factor 1 tức yếu tố cắt nối 1) liên kết với điểm nhánh cuối intron; U2 liên kết tại vị trí nối 3 'của intron.[9][10] Đoạn intron chịu xúc tác bị uốn cong lại.
  3. Cuối cùng vị trí 3' bị cắt có năng lượng nhờ thủy phân ATP. Đoạn bị cắt tách khỏi mA RN sơ khia rồi bị phân giải. Các snRNP giải phóng khỏi đoạn đã cắt.[11]

Cắt nối tRNA

  • RNA thông tin (mRNA) ở nhân thực phải cắt nối là đương nhiên, vì gen phân mảnh. Tuy nhiên, gần đây cũng đã phát hiện RNA vận chuyển (tRNA) cũng cần cắt và nối, mặc dù hiếm gặp và khác thường. Phản ứng cắt nối liên quan đến con đường hóa sinh khác hẳn.
  • Người ta đã xác định quá trình này xảy ra ở nấm men Saccharomyces cerevisiae. Enzym endonuclease heterotetramer của nó (gồm TSEN54, TSEN2, TSEN34 và TSEN15) đã cắt tRNA sơ khai tại hai đầu một vòng lặp (loop) để tạo thành một nửa là tRNA 5' kết thúc ở đầu 3'-cyclic phosphodiester, còn nửa kia là tRNA 3' kết thúc ở nhóm 5'-hydroxyl và loại bỏ một intron.[12] Sau đó, tRNA-kinaza sẽ phosphoryl hóa nhóm 5'-hydroxyl bằng cách sử dụng ATP. Enzym tRNA-phosphodiesteraza cắt liên kết phosphodiester, tạo thành đầu 2'-phosphoryl hoá 3 ', rồi enzym tRNA-ligaza thêm một AMP vào đầu 5 ' của nửa 3' kia rồi nối hai nửa lại với nhau.[13][14][15]

Liên quan